一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统及其运行方法与流程

本发明涉及一种混合储能系统及其运行方法，属于物理储能。

背景技术：

1、在全球范围内，化石能源不断消耗，其所导致的环境问题也日益严重，能源结构绿色低碳转型迫在眉睫。随着间歇性风、光能源的并网装机规模持续快速增加，电网调节能力受到挑战，储能技术在电网中承担着日益重要的作用。常见储能技术包括有物理储能技术、电池储能技术、电化学储能技术、电磁储能技术和超导储能技术，其中物理储能设备装机占比最大，技术成熟度最高。物理储能技术中的抽水蓄能和压缩空气较为常见。其中，抽水蓄能技术至今仍有近80％的占比；而压缩空气储能技术发展较早，技术成熟，处于蓬勃发展阶段。但上述两种储能技术也存在着一些不足，如传统抽水蓄能技术选址苛刻、储能密度低；而传统绝热压缩空气储能技术能量转换效率低、选址受限于洞穴。因此，为提升电网调节能力、促进风光能源消纳，新的高效、低碳、环保储能技术亟待形成。

2、近年来，国外以色列arothron公司、以色列augwind公司和美国sustainx公司、美国橡树林实验室和我国的西安交通大学等机构已针对抽水储能与压缩空气储能相结合的混合储能技术进行了相关研究，构建了相应的抽水压缩空气混合储能系统，分析了各系统的组成及运行原理，探究了各系统的能量性能，改善了传统压缩机与膨胀机运行效率低的问题，提升了系统的能量转化效率。但仍存在着水力机械运行水头变幅大、气液传热性能不足的缺陷。

3、因此，亟需提出一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统及其运行方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、针对抽水压缩空气混合储能技术的不足，本发明提供一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统及其运行方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统，包括水力机械模块、压缩膨胀机械模块和近等温压缩模块，水力机械模块用于供能，近等温压缩模块用于储能，压缩膨胀机械模块用于实现能量转换。

4、优选的：所述水力机械模块包括水池、气囊式蓄能器、抽水蓄能机组、水泵、第三控制阀、第四控制阀和第五控制阀，所述水池通过第五控制阀与气囊式蓄能器连接，抽水蓄能机组、水泵的出口端分别设置有第三控制阀、第四控制阀，水池通过并联设置的抽水蓄能机组和水泵与近等温压缩模块建立连接。

5、优选的：所述近等温压缩模块包括水气共容罐、储气罐、第一控制阀、第二控制阀、第六控制阀、第七控制阀、第一安全阀、第二安全阀、第三电磁阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、液位传感器、第一备用接头和第二备用接头，抽水蓄能机组、水泵分别通过第三控制阀、第四控制阀与水气共容罐连接，水气共容罐的底端安装有第六控制阀，水气共容罐的下部侧面安装有液位传感器，水气共容罐的上部侧面安装有第一压力传感器、第二压力传感器，水气共容罐上端一开口与第一安全阀、第一备用接头连接，水气共容罐上端另一开口通过并联设置的第一控制阀、第三电磁阀与储气罐的一开口连接，第三压力传感器通过第二控制阀设置在第三电磁阀的入口端，第三压力传感器与第三电磁阀电性连接，储气罐的另一开口与第二安全阀、第二备用接头连接，储气罐的上部侧面安装有第四压力传感器，储气罐的下端安装有第七控制阀，水气共容罐上端另一开口与压缩膨胀机械模块建立连接。

6、优选的：所述压缩膨胀机械模块包括有膨胀机、压缩机、第一电磁阀和第二电磁阀，膨胀机分别通过第一电磁阀与水气共容罐上端另一开口连接，压缩机分别通过第二电磁阀与水气共容罐上端另一开口连接，第一压力传感器与第一电磁阀电性连接，第二压力传感器与第二电磁阀电性连接。

7、优选的：还包括第八控制阀和第九控制阀，水泵、第四控制阀、储气罐的数量均为两个，两个水泵并联设置，两个储气罐的一开口处分别设置第八控制阀和第九控制阀。

8、优选的：水气共容罐和储气罐的中部各安装有一根不锈钢柱，不锈钢柱上加装有多个沿不锈钢柱轴向设置的，塑料盘盛满水。

9、一种多机式近恒压抽水压气混合储能系统的运行方法，包括以下步骤：

10、步骤一：压力预制过程；

11、步骤二：储能过程；

12、步骤三：发电过程。

13、优选的：步骤一中：

14、步骤1.1：第二电磁阀和第一控制阀开启，其他阀门关闭；

15、步骤1.2：通过压缩机给水气共容罐和储气罐内同时预置压力空气；

16、步骤1.3：第二压力传感器测量水气共容罐内的空气压力，并传递到第二电磁阀处，当水气共容罐和储气罐内压力达到抽水蓄能机组p1p时，关闭第二电磁阀和第一控制阀，压力预置过程结束。

17、优选的：步骤二中，储能工况涉及到两台机组的连续抽水运行，分为储能一阶段、储能二阶段；

18、步骤2.1：储能一阶段

19、第一控制阀、第三控制阀和第五控制阀开启，其他阀门关闭；抽水蓄能机组从电网吸收电能抽水运行，将水池中的水抽取到水气共同罐内，此时水气共容罐和储气罐通过第一控制阀连通，水气共容罐、储气罐内的空气一同被压缩，当第一压力传感器测得的空气压力达到抽水蓄能机组压力p2p时，储能一阶段结束；

20、步骤2.2：储能二阶段

21、第一控制阀、第四控制阀和第五控制阀开启，其他阀门关闭；水泵从水池中抽水进入到水气共容罐内，压缩水气共容罐和储气罐内的空气，水气共容罐、储气罐内的空气压力同步上升，当压力达到水泵p3时，储能二阶段结束。

22、优选的：步骤三中：

23、步骤3.1：发电一阶段

24、电磁阀开启，其他阀门关闭；水气共容罐顶部的高压空气膨胀，推动膨胀机旋转做功发电，此过程中第一压力传感器一直工作，当测得水气共容罐内压力降至抽水蓄能机组p2t时，关闭电磁阀，发电一阶段结束；

25、步骤3.2：发电二阶段

26、第二控制阀、第三控制阀和第五控制阀开启，其他阀门关闭；水气共容罐内空气膨胀发电，将水气共容罐底部水体排出到抽水蓄能机组处发电做功；此阶段内第三压力传感器一直工作，当其测得的压力小于抽水蓄能机组p1t时，开启第三电磁阀，储气罐内的高压空气膨胀，给水气共容罐内补气，当第三压力传感器处所测得的压力达到抽水蓄能机组p2t后，第三电磁阀关闭；整个补气的过程中，抽水蓄能机组一直在发电运行；补气操作之后，储气罐内的空气压力下降，当压力传感器测得的压力下降到抽水蓄能机组发电工况高效率区上限压力p2t后，发电二阶段结束；

27、步骤3.3：发电三阶段

28、第一控制阀、第三控制阀和第五控制阀开启，水气共同罐和储气罐内空气共同膨胀发电；当液位传感器测得的水气共容罐内水位下降至初始水位时，发电三阶段结束，发电过程完成。

29、本发明具有以下有益效果：

30、1.本发明实现了抽水蓄能机组和水泵的近额定工况运行，可稳定、高效储能；

31、2.本发明通过电磁阀控制管路通断的方式，减小了发电工况下水气共容罐内的压力变幅，抽水蓄能机组可高效稳定发电；

32、3.本发明在水气共容罐和至少一个的储气罐内加装了许多盛有水的塑料盘，可有效增强空气和水之间的换热性能，能实现空气近等温压缩和膨胀；

33、4.本发明所述储能系统所采用的各设备都较为成熟，充、放电运行时不消耗化石燃料，不会产生环境污染，系统选址不受地理条件限制。